Могат ли обратните връзки да направят климатичните промени необратими?

Смята се, че затопляне на земната атмосфера над 2°C от прединдустриалната епоха е опасно за климата на Земята, тъй като е в състояние да го промени необратимо. Затова и международната общност полага усилия да ограничи затоплянето на климатичната система до тази точка. Причината е, че чрез системи от положителни и отрицателни обратни връзки (т. нар. climate change feedbacks) затоплянето може да бъде многократно усилено и да се стигне до неконтролируемо и необратимо повишение на температурите.

Една от най-големите заблуди, свързани с глобалното затопляне, е че учените преувеличават опасността и че затопляне „с някакви си 1,5 — 2°С“ не може да бъде толкова опасно. Тази широко ширеща се заблуда беше една от основните причини дълго време да не бъдат предприети мерки за ограничаване на глобалното затопляне. Оказва се трудно да убедиш както обществото, така и политиците, че тези 2°С разлика, които в ежедневието трудно се усещат, могат всъщност да бъдат границата на нещо голямо – на колосални промени в природата, които да изменят от корен и човешкия живот.

Защо е толкова важна тази граница от 1,5 — 2°С?

Климатичната система включва не само атмосферата, но и хидросферата, биосферата, криосферата, педосферата и литосферата. Системата все още е в състояние на равновесие, при което промяната на външните условия (в случая промяната на концентрациите на парникови газове) води до качествена промяна в системата, но не и до промени в самата нея. Това се дължи на наличието на определен толеранс, който е важно да не се превишава поради риск от достигане на така наречената „повратна точка“ (tipping point). С достигането на тази точка „се случва бърза и нелинейна промяна на обстоятелствата“. Концепцията за „повратна точка“ казва, че една система може да има повече от едно равновесно състояние и е възможно изведнъж, за много кратко време, системата да премине в друго състояние. При преминаване на повратната точка, промените в системата се определят не от времето и външните фактори, а от собствената ѝ вътрешна динамика.

Описаните вътрешни процеси, които определят по-нататъшните промени, са климатичните обратни връзки. Терминът „обратна връзка“ описва процес, при който промяната на едно количество променя второ количество, а промяната на второто количество от своя страна променя първото. Наблюдаваме положителна обратна връзка, когато промяната на първото количество води до засилване на промените във второто количество, а отрицателна обратна връзка се случва, когато промените в първото количество водят до намаляване промените в първото количество.

Положителни обратни връзки

Обратна връзка: водна пара

Механизмът на тази обратна връзка е следният: увеличаването на количеството на парниковите газове в атмосферата води до затопляне, което от своя страна води до изпаряване на повече вода. Самата водна пара е парников газ и това води до допълнително затопляне на атмосферата. Докато абсолютната влажност се увеличава, относителната влажност не се променя или е дори по-ниска, тъй като въздухът е по-топъл и по този начин той може да задържа повече водна пара, без да се стигне до насищане. Изчислено е, че водната пара е в състояние да удвои затоплянето в сравнение със ситуацията, ако този механизъм за обратна връзка не съществуваше.

Фигура 1. Положителна обратна връзка с водната пара. Източник: Ramanujan K., NASA.

Обратна връзка: лед – албедо

Албедото характеризира отражателната способност на повърхността на телата и представлява отношението на количеството отразена слънчева радиация от дадена повърхност към количеството радиация, постъпваща към нея. Снегът и ледът имат високо албедо – около 90%, докато водата отразява само около 10% от радиацията и поглъща останалото. Тъй като ледената покривка над океана се топи поради по-високите температури на въздуха, тя бива замествана от по-тъмна водна повърхност, като по този начин затопля въздуха над нея по-силно и по-бързо.

Същият ефект се наблюдава и при промяна на растителността, което също е свързано с глобалното затопляне. Когато снежната покривка над земята отсъства за по-дълги периоди, откритата тундра поглъща повече радиация от снега. От своя страна храстите и дърветата поглъщат повече слънчева енергия, отколкото по-светлата тундра, а те мигрират на юг със затоплянето, като по този начин причиняват допълнително затопляне в тези региони.

По-ниското албедо поради топенето на ледовете е основната причина климатът в по-големите географски ширини да се затопля много по-бързо от други места по света. Очаква се през 2030 г. районът на Арктика да бъде свободен от лед през лятото.

Фигура 2. Повишаващите се температури на атмосферата водят до топенето на сняг и лед. Свободната от лед земя или океан имат по-малко албедо и това ще доведе до допълнително затопляне на атмосферата. Източник: Pixabay.

Обратни връзки на въглеродния цикъл

Поглъщане на въглероден диоксид от океаните

По-топлите океани могат да абсорбират по-малко въглероден диоксид, което оставя повече CO₂ във въздуха, което от своя страна увеличава глобалното затопляне.

Фигура 3. По-хладната вода абсорбира повече CO₂ от по-топлата. С повишаването на температурите на водата, океаните ще абсорбират по-малко CO₂, което води до по-нататъшно затопляне. Източник: Pixabay.

Освобождаване на метан от хидратите

Метановите хидрати са форма на воден лед, който съдържа метан в своята кристална структура. Установено е, че под седиментите по морското дъно има големи находища на метанови хидрати. Смята се, че образуването им е свързано с миналите исторически топли периоди. Изчислено е, че процесът на освобождаване на метан от хидрати може да повиши средната глобална температура на въздуха с 5°С. Със затоплянето на океаните метановите хидрати стават нестабилни.

Фигura 4. Метановите хидрати са замръзнали водни молекули, които съдържат газови молекули под формата на кристална структура, известна като хидрат. За разлика от обикновения лед, хидратният лед буквално гори. С покачването на температурите или с намаляването на налягането, хидратът се разпада и водата освобождава газа. Източник: U.S. Department of Energy.

Освобождаване на метан при топенето на пермафроста

Затоплянето води до топене на вечната замръзналост, което освобождава въглеродния диоксид и метана в него. Оценките показват, че 1 500 000 милиона тона въглерод в зоната на вечната замръзналост могат да се считат за „климатична бомба“, ако бъдат изпуснати в атмосферата. Учени от Американската програма за изменение на климата смятат, че това може да доведе до внезапен сценарий за изменение на климата.

shutterstock_1985807417.jpg

Размразяването на пермафроста освобождава въглеродния диоксид и метана в него. Източник: Milan Sommer / Shutterstock.

Смърт на дървета

Първоначално се предполагаше, че повишеното съдържание на CO₂ във въздуха ще доведе до ускорено развитие на растителността. Последните наблюдения обаче показват, че глобалното затопляне е свързано с повече случаи на загинали дървета, което намалява способността за усвояване на CO₂, като по този начин увеличава затоплянето. Освен това гниещата дървесина отделя CO₂ в атмосферата. Едно от големите опасения идва от вероятността да загинат големи горски площи в джунглата на Амазонка. Прогнозите са, че при затопляне от 4°C ще загинат около 85% от дърветата.

Фигура. 7. В някои части на света изменението на климата е свързано с опустиняването, което действа като положителна обратна връзка, тъй като намалява растителността, която абсорбира CO₂. Източник: Pixabay.

Суши, опустиняване и горски пожари

По-малкото количество валежи и по-високите температури са свързани със засушаване и опустиняване в някои райони. По-оскъдната растителност абсорбира по-малко CO₂. При засушавания и рискът от горски пожари е по-висок. При пожари се отделя складираният в растителността въглерод и в същото време се намаляват горските площи и способността им да абсорбират CO₂, създавайки положителна обратна връзка.

Фиг. 8. В много райони честотата на горските пожари нараства като следствие от все по-продължителните суши. Източник: Pixabay.

Отрицателни обратни връзки

Продуктивност на растителността

По-голямото количество CO₂ в атмосферата стимулира развитието на растенията. Растенията поемат CO₂ чрез фотосинтеза. Въпреки това се смята, че другите негативни ефекти на глобалното затопляне върху растителността намаляват ефекта от тази обратна връзка.

Фигура 9. Растенията използват CO₂ за своя растеж. Източник: Pixabay.

Химично изветряне

Колкото по-топло става, толкова повече се ускорява химичното изветряне и толкова повече CO₂ се изтегля от въздуха. От по-топлите океани постъпват повече водни пари във въздуха и повече дъжд и сняг върху континентите. Това стимулира изветрянето, но ако площта на снега и леда надхвърли тази на свободната от сняг и лед повърхност, изветрянето ще намалее и нивата на CO₂ ще се увеличат, което действа срещу заледяването.

Фигура 10. Образуването на черупки на морските организми изисква въглерод, като по този начин се извлича CO₂ от океаните. Източник: Pixabay.

Излъчване на абсолютно черно тяло

Според закона на Стефан-Болцман едно тяло излъчва толкова повече енергия, колкото е по-висока температурата му. Това означава, че по-високите температури на въздуха на Земята ще доведат до по-големи загуби на радиация.

Усвояване на CO₂ от океана

Тъй като концентрацията на CO₂ в атмосферата на Земята е по-висока, способността на океаните да абсорбират този газ се увеличава. Въпреки това, няма сигурност относно бъдещата способност на океана да поема CO₂, тъй като процесът зависи и от други фактори, като стратификацията (начинът на вертикално разпределение на температурата и солеността) и промените в термохалинната циркулация на океана.

В заключение, резки промени в климата са се случвали и преди на планетата Земя. Проблемът с настоящата опасност от необратимо изменение на климата е, че човешкото общество е приспособило икономиката си към сегашното състояние на екосистемите, водните ресурси, селското стопанство и т.н. Възможността за загуба на биологично разнообразие, липса на прясна вода, повишаване на морското равнище, социални и здравни проблеми и всички други последици, до които изменението на климата може да доведе, ни изправят пред неподготвени икономики и общества. Приспособяването към бързо променящите се климатични условия ще бъде трудно или невъзможно за много от екосистемите, от които зависи човекът за своето оцеляване. Изчислените икономически разходи са огромни и ще доведат до много катаклизми в свят от над 7 милиарда души, от които понастоящем 1,7 милиарда живеят в абсолютна бедност.

Автор: Зорница Спасова / Климатека

Зорница Спасова част от авторския екип на “Климатека”, тя е главен асистент в Националния център по обществено здраве и анализи (НЦОЗА) към Министерство на здравеопазването. Получава докторска степен по Климатология в СУ „Св. Климент Охридски“ и от 2008 г. се занимава с въздействие на изменението на климата върху човешкото здраве. Научен секретар на Българското дружество по медицинска география, хъб мениджър на програма Climate KIC за НЦОЗА и организатор на the Lancet Countdown on Health and Climate Change в България.

В публикацията са използвани материали от: